BIM在空调暖通施工过程中的节能分析

马志，毛云华

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

BIM 技术被广泛应用到建筑领域已有十多年时间，并取得了良好效果。不仅能够直观展示工程项目模型提高建筑设计和工程建设管理的效率，还能有助于参建单位加强数据共享交流，更好地参与建设过程。但是，BIM技术在实际应用中还存在些许问题，BIM技术需要较高的成本及人力技术，比较适合应用在大中型项目上，且目前没有完善的咨询管理。BIM技术尚未达到比较纯熟先进的水平，各建设单位的BIM技术水平、人才结构及应用程度各有不同。目前的BIM软件培训、认证考试比较多，但是培训效果对从业人员来讲，由于缺乏实际应用经验，与现场应用有一定差距[1-3]。

2 暖通空调施工系统的能耗问题

2.1 暖通空调施工系统基础

建筑暖通空调系统主要原理是采用空调设备对建筑室内环境进行人工干预，调节空气温度、湿度、风速、空气洁净度。暖通空调系统主要结构包含：热源、冷源、空气湿热处理、动力设备、空调管道、控制系统。目前，建筑空调系统主要分为分散式、半集中式和集中式空调系统。空调系统的运行需要与建筑结构相适应，并满足一定除湿调温负荷要求，目前，建筑物中使用最广泛的是半集中式空调系统（见图1），也就是在风机盘管加新风系统。

图1 半集中式空调系统

2.2 能耗现状

根据建筑智能设备管理系统数据分析，建筑设备中，暖通空调系统（见图2）与电梯系统的能耗最高，暖通空调的能耗高达50%，属于高能耗系统。尤其是在大型公共场所，机场、车站候车大厅、商场及公共场馆，空间及人流量较大，空调能耗比较高。该类场所由于其空间大，热负荷波动较大，空调系统的出力运行不稳定，室内温度调节困难，导致空调系统运行能耗较高。在当前全社会提倡节能减排，碳达峰、碳中和的环保目标下，该类能耗运行问题需要尽快解决。

图2 暖通空调系统

2.3 原因分析

空调系统采用压缩机及风机做功，将冷热源通过管道输送至负荷较高区域，消除室内湿热负荷。影响室内湿热负荷高低的因素主要有以下几个方面：①室内人员活动散热、照明散热、机械设备运转散热；②建筑物的围护结构、门窗玻璃等与外界的传导热负荷；③新风系统运行时与外界换气产生的是热负荷。其中，建筑物的外墙结构与外界的传导热量是热负荷的主要来源。因此，基于BIM 管理技术，降低建筑结构的热传导效应，增强其保温隔热性能，成为降低室内热负荷、利于空调系统节能环保运行的主要措施。

3 暖通空调施工系统对环境的影响

建筑通风空调系统运行中，容易导致城市热岛效应。城市热岛，就是城市内很多水泥、钢筋混凝土建筑，以及沥青砖石的道路，热量蒸发比较困难。同时，各种锅炉、机械设备、汽车等产生大量热量，城市空气流通较慢，最终导致城市的气温高于周边村镇的温度。我国的空调设备的冷媒多采用含氟材料，氟的泄露对大气层会造成不可逆的损害，导致室外紫外线增强，危害人们的生活环境。建筑空调系统运转时，各种压缩机、风机、风管等设备运时产生较大噪音，影响人们的起居环境。

4 BIM+暖通空调系统设计

4.1 土建基础设计

通风空调热负荷产生的最主要因素就是建筑的保温隔热效果较差，使建筑的门窗、外墙的传导热负荷较大，因此在建筑施工时，应采取相关措施降低建筑外墙结构的热传导性。例如，在建筑外墙施工时，加厚建筑外墙保温层的厚度，可以降低外墙的导热能力；在门窗玻璃上安装镀膜和百叶窗（见图3），可降低室外热辐射热量；在屋顶种植绿色植物，具有遮阳和降低热岛效应的功能，有利于降低屋顶的阳光直射受热量。因此，基于BIM技术搭建的项目施工模型，降低建筑外墙结构热性能对降低运行费用有明显效果。

图3 百叶窗设计

4.2 机电安装基础设计

暖通空调规划设计时，基于BIM技术可以对空调系统进行合理设计。根据建筑各区域功能不同进行不同空调区域的划分，参照空调子区域所在房间的朝向、使用时间、洁净度要求、温湿度标准、控制精度，选择最优暖通空调系统的设计方案，避免房间内空调系统不匹配造成温度过冷或者过热。同时，设计空调水系统时，闭式水循环系统应采用变流量设计，变流量可以根据建筑室内不同时段、不同热负荷动态调整水系统内冷水流量，减少水泵运转消耗。

4.3 利用BIM技术的全过程管理

BIM技术在建筑行业已经广泛应用，一般应用于建筑从地勘、设计、施工到竣工的全过程中。BIM 技术还可以应用于建筑物投运后的运维管理，满足运营单位对建筑运维的协同管理。冬季和夏季是暖通空调运行的主要季节，采用BIM技术对暖通空调系统的运营情况进行监测和控制能降低空调系统的能耗。

①对空调运营全过程的智能监测和自动控制，包括各区域的温湿度等参数和设置模型监测。

②自动控制和调节空调的启停与运行模式切换。

③在此基础上，建立符合建筑实际情况的管理制度和空调运行规范。

④空调系统应建立独立能耗核算机制，应在空调系统主电路和各主要机组、风机和压缩泵电源加装电能量计量装置，可以对空调运行系统的能耗进行独立核算和分析，还可以对其制定特定方案。

在空调运行中，暖通空调的运行系统自动将能耗数据反馈到BIM平台端，对空调能耗进行监测和分析，并及使暖通空调系统按最优设计模式运行。

5 结语

当前，智能建筑领域中暖通空调系统运行能耗高，且还有可能造成大气环境污染。针对该问题，在建筑暖通空调系统设计时，采用BIM技术进行模型搭建可以弥补空调系统的设计缺陷和漏洞。因此，在空调系统初步设计阶段，应综合应用BIM技术对空调系统设计施工的全过程设计和管理优势，促进建筑行业朝着低碳发展、节能环保的方向发展。